JP6488896B2 - Package sealing method and sealing paste - Google Patents
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Description
本発明は、パッケージ封止方法及び封止用ペーストに係り、特に、気密・真空封止材において、供給の自由度が高く、組成コントロールが容易な混合粉ペーストを用いたパッケージ封止方法及び封止用ペーストに関する。 The present invention relates to a package sealing method and a sealing paste, and more particularly to a package sealing method and a sealing method using a mixed powder paste with high freedom of supply and easy composition control in an airtight / vacuum sealing material. It relates to a paste for stopping.
通常、気密・真空封止用材料としては、450℃未満の融点を有するはんだを用いたり、450℃以上に融点を有するろう材を用いたりする。更には、蓋材とパッケージを封止するためにシールリングと呼ばれるものを封止材として挟み込み、蓋材もしくはパッケージの封止部にNi(ニッケル)めっき処理を施したもの、あるいは、シールリング自身の封止部にNiめっきを施したものを用いることもある。その他、ガラスや樹脂を封止材として用いることもある。 Usually, as an airtight / vacuum sealing material, a solder having a melting point of less than 450 ° C. or a brazing material having a melting point of 450 ° C. or more is used. In addition, what is called a seal ring is used as a sealant to seal the lid and package, and the lid or package is sealed with Ni (nickel) plating, or the seal ring itself In some cases, a Ni plating is applied to the sealing portion. In addition, glass or resin may be used as a sealing material.
はんだ材ではPb(鉛)−63質量%Sn(錫)やSn−3質量%Ag(銀)−0.5質量%Cu(銅)などの鉛フリーはんだ材、Pb−10質量%SnやAu(金)−20質量%Snのような高温はんだが用いられる。ろう材としては、主にAgろうが用いられ、Ag−28質量%Cuを筆頭に、Ag−22質量%Cu−17質量%Zn(亜鉛)−5質量%Snや、Cd(カドミウム)やNiを含んだものが用いられる。シールリングや蓋材としては、コバールや42アロイなどがあり、これらにNiめっき処理が施される。 For solder materials, lead-free solder materials such as Pb (lead) -63 mass% Sn (tin) and Sn-3 mass% Ag (silver) -0.5 mass% Cu (copper), Pb-10 mass% Sn and Au High temperature solder such as (gold) -20 mass% Sn is used. As the brazing material, Ag brazing is mainly used. Ag-22 mass% Cu is first and Ag-22 mass% Cu-17 mass% Zn (zinc) -5 mass% Sn, Cd (cadmium) and Ni. The one containing is used. Examples of the seal ring and the cover material include Kovar and 42 alloy, which are subjected to Ni plating.
封止法としては、はんだ材を用いる場合は、はんだ板をリング状に加工し、蓋材とパッケージ間に挟み込んで炉やオーブンを用いて溶融・封止したり、はんだペースト等を用いて蓋材にリング状のはんだ枠を形成し、その後、パッケージと封止する場合がある。一方、AgろうはAgろう板をリング状に打ち抜き、蓋材とパッケージ間に挟み込んで、シーム溶接機やレーザー溶接機などを用いて封止部のみを局所的に高温状態にして、Agろうやシールリングに形成したNiめっきを溶融させ、封止している。 As a sealing method, when using a solder material, the solder plate is processed into a ring shape, sandwiched between the lid material and the package, melted and sealed using a furnace or oven, or covered with a solder paste or the like. A ring-shaped solder frame may be formed on the material and then sealed with the package. On the other hand, Ag brazing is performed by punching an Ag brazing plate into a ring shape, sandwiching it between the lid and the package, and using a seam welding machine, a laser welding machine, or the like to locally raise the sealing portion to a high temperature state. Ni plating formed on the seal ring is melted and sealed.
AgろうやNiめっき付きシールリングを用いて溶接法で封止する場合、蓋材とパッケージ間に挟み込んで封止する必要があり、位置合わせなど効率が悪く非常に手間であった。
そこで、Agろうを粉末状にしてペースト化し、蓋材に印刷し、熱処理をして封止枠形成する手法が提案されている。
When sealing with a brazing method using Ag brazing or a Ni-plated seal ring, it is necessary to sandwich and seal between the lid material and the package, which is inefficient and inefficient.
Therefore, a method has been proposed in which Ag brazing powder is formed into a paste, printed on a lid, and heat-treated to form a sealing frame.
特許文献1には、金属粉末と有機溶剤とを含んでなる封止用の金属ペーストにおいて、金属粉末として、純度が99.9重量%以上、平均粒径が0.1μm〜1.0μmである金粉、銀粉、白金粉、又はパラジウム粉からなる金属粉末を85〜93重量%、有機溶剤を5〜15重量%の割合で配合した封止用の金属ペーストが開示されている。この金属ペーストを用いた封止方法としては、金属ペーストを塗布・乾燥し、80〜300℃で焼結させて金属粉末焼結体とした後、金属粉末焼結体を加熱しながらベース部材とキャップ部材とを加圧する方法が記載されている。
In
この特許文献1記載の金属ペーストは、金粉、銀粉、白金粉、又はパラジウム粉の単独金属粉を用いるものであり、合金ペーストとするものではない。
The metal paste described in
一方、特許文献2には、低熱膨張金属からなる基材と、該基材の少なくとも一の面に接合される低温型の銀系ろう材層とを含んでなる銀ろうクラッド材が開示されている。この場合、銀系ろう材層は、低温型の銀系ろう材よりなる金属粉に溶剤とバインダーとからなるメディアを混合してなるペーストを塗布した後、加熱して金属粉を溶融させた後急冷凝固し、更に圧延加工することで形成されるものである。具体的な銀系ろう材として、銀−銅−錫合金、銀−銅−インジウム合金、銀−銅−亜鉛合金が挙げられている。そして、この銀ろうクラッド材を打抜き加工等して所定寸法に加工することにより、パッケージ封止用蓋体としている。
On the other hand,
しかしながら、Agろうペーストの場合は、封止枠形成時にAgろうの融点以上の高温で熱処理し、その後、封止時に再度、溶接処理をする必要があった。また、Agろう合金で粉末を造粉しているため、異なる合金組成を所望された場合は、再度、合金製造、造粉処理と非常に手間が生じていた。 However, in the case of Ag brazing paste, it was necessary to heat-treat at a temperature higher than the melting point of Ag brazing at the time of forming the sealing frame, and then perform welding again at the time of sealing. In addition, since powder is formed with an Ag brazing alloy, when a different alloy composition is desired, the manufacturing of the alloy and the powder forming process again are very troublesome.
本発明では、容易に封止枠形成が可能で、かつ合金組成を容易に変更することができるパッケージ封止方法及び封止用ペーストを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a package sealing method and a sealing paste capable of easily forming a sealing frame and easily changing the alloy composition.
本発明のパッケージ封止方法は、パッケージに蓋体を重ねてろう合金によって接合するパッケージ封止方法であって、低融点金属粉末と、前記低融点金属粉末より融点が高い高融点金属粉末と、バインダーとを含有してなる封止用ペーストを前記蓋体の表面に塗布するペースト塗布工程と、前記蓋体に塗布した前記封止用ペースト中の前記低融点金属粉末を溶融してろう前駆体を形成する事前熱処理工程と、前記蓋体を前記パッケージに接合するまでの間又は接合する際に前記ろう前駆体を加熱溶融して合金化し、前記ろう合金とする合金化工程とを有する。 The package sealing method of the present invention is a package sealing method in which a lid is overlapped on a package and joined by a braze alloy, and a low melting point metal powder, a high melting point metal powder having a melting point higher than that of the low melting point metal powder, A paste applying step for applying a sealing paste containing a binder to the surface of the lid, and a brazing precursor obtained by melting the low-melting-point metal powder in the sealing paste applied to the lid And a pre-heat treatment step for forming the brazing body, and an alloying step for heating and melting the brazing precursor until it is joined to the package or joining the lid body to the package to form the brazing alloy.
この封止方法は、低融点金属粉末と高融点金属粉末とを含有させた封止用ペーストを蓋体に塗布した後、事前熱処理工程により、低融点金属粉末を加熱溶融して蓋体の表面にろう前駆体を形成する。ペーストを塗布するので、ろう前駆体を容易に枠状に形成することができる。また、この事前熱処理工程は、低融点金属粉末を溶融するものであり、低い温度で実施することができる。そして、この事前熱処理工程において、高融点金属粉末の大部分は固体のまま残存しており、これら固体の高融点金属粉末の間に低融点金属の液相が浸透して冷却固化することにより相互に結着した状態となっている。この状態をろう前駆体と称しており、このろう前駆体は、蓋体の表面に固定され、その取扱い時に脱落することはない。 In this sealing method, after applying a sealing paste containing a low melting point metal powder and a high melting point metal powder to the lid, the low melting point metal powder is heated and melted by a pre-heat treatment step to obtain a surface of the lid. A nail precursor is formed. Since the paste is applied, the brazing precursor can be easily formed into a frame shape. Moreover, this preliminary heat treatment process melts the low melting point metal powder and can be performed at a low temperature. In this pre-heat treatment step, most of the refractory metal powder remains in a solid state, and the liquid phase of the low melting point metal penetrates between these solid refractory metal powders to cool and solidify each other. It is in a state attached to. This state is referred to as a wax precursor, and this wax precursor is fixed to the surface of the lid and does not fall off during handling.
このろう前駆体は高融点金属粉末を溶融することにより合金化することができ、その合金化工程は、蓋体をパッケージに接合するまでの間、又はこれらを接合する際に行えばよい。 The brazing precursor can be alloyed by melting the refractory metal powder, and the alloying process may be performed until the lid is joined to the package or when they are joined.
本発明の封止方法において、前記合金化工程は、事前熱処理工程後の前記蓋体を前記パッケージに重ねた状態で実施するとよい。ろう前駆体の合金化と封止とを同時に行うことができ、効率的である。 In the sealing method of the present invention, the alloying step may be performed in a state where the lid body after the preliminary heat treatment step is overlaid on the package. The brazing precursor can be alloyed and sealed simultaneously, which is efficient.
また、前記低融点金属粉末の融点を300℃未満とし、前記高融点金属粉末の融点を300℃以上とするとよい。 Further, the melting point of the low melting point metal powder may be less than 300 ° C., and the melting point of the high melting point metal powder may be 300 ° C. or more.
本発明のパッケージ封止方法において、前記事前熱処理工程と前記合金化工程との間に、前記ろう前駆体中に残存するバインダーを除去するバインダー除去工程を有するとよく、また、そのバインダー除去工程は、前記ろう前駆体を洗浄液にて洗浄する洗浄処理と、洗浄処理後の前記ろう前駆体を熱処理するベーキング処理とを有するとよい。 In the package sealing method of the present invention, it is preferable to have a binder removal step for removing the binder remaining in the brazing precursor between the preliminary heat treatment step and the alloying step, and the binder removal step. May include a cleaning process for cleaning the wax precursor with a cleaning liquid and a baking process for heat-treating the wax precursor after the cleaning process.
本発明のパッケージ封止方法において、前記ペースト塗布工程では、複数個の前記蓋体を形成可能な大きさの板材の表面に前記封止用ペーストを塗布し、前記事前熱処理工程の後に、前記板材を前記蓋体に分割する個片化工程を有するとよい。 In the package sealing method of the present invention, in the paste application step, the sealing paste is applied to the surface of a plate material having a size capable of forming a plurality of the lids, and after the preliminary heat treatment step, It is good to have the singulation process which divides | segments a board | plate material into the said cover body.
本発明のパッケージ封止方法において、前記個片化工程の後に、前記蓋体の表面に、金属めっきを施すめっき処理工程を有してもよい。金属めっきは、蓋体のメタライズとして施されるが、蓋体に分割してから金属めっきすると、蓋体の側壁にも金属めっきが施され、側壁の腐食や錆を有効に防止することができる。 The package sealing method of the present invention may have a plating treatment step of performing metal plating on the surface of the lid after the individualization step. Metal plating is applied as metallization of the lid, but if the metal plating is performed after dividing the lid, the metal plating is also applied to the side wall of the lid, which can effectively prevent side wall corrosion and rust. .
そして、この封止方法に用いる封止用ペーストは、低融点金属粉末と前記低融点金属粉末より融点が高い高融点金属粉末とを含有してなり、前記低融点金属粉末および前記高融点金属粉末は、加熱溶融されることによりAg−Cu−Sn合金又はNi−Sn合金を形成する金属である。
The sealing paste used in this sealing method, Ri greens contain a high melting point metal powder is higher melting point than the low melting point metal powder and the low melting point metal powder, the low melting point metal powder and the refractory metal powder, Ru metal der to form a Ag-Cu-Sn alloy or Ni-Sn alloy by being heated and melted.
この場合、各金属粉末としては、ろう合金を構成する各金属成分の単体の金属粉末としてもよいし、合金粉末としてもよい。単体の金属粉を用いる場合、ろう材を構成する合金成分の中の融点が最も低い金属の単体の粉末を低融点金属粉末とし、それ以外の金属単体の粉末を高融点金属粉末とするとよい。合金粉とする場合は、低融点金属粉末については、高融点金属粉末よりも低い温度(例えば300℃未満)で溶融するように合金組成を調整する。 In this case, each metal powder may be a single metal powder of each metal component constituting the brazing alloy, or may be an alloy powder. When a single metal powder is used, it is preferable that a single metal powder having the lowest melting point in the alloy component constituting the brazing material is a low melting metal powder, and other metal single powder is a high melting metal powder. When the alloy powder is used, the alloy composition is adjusted so that the low melting point metal powder is melted at a lower temperature (for example, less than 300 ° C.) than the high melting point metal powder.
この場合、Sn単体を低融点金属粉末としてもよいし、若干のAg、Cuを添加したSn合金粉末を低融点金属粉末としてもよい。高融点金属粉末は主にAgとCuによって構成されるが、Ag及びCuは、それぞれ単体粉末として混合してもよいし、合金粉末として混合してもよい。 In this case, Sn alone may be used as the low melting point metal powder, or Sn alloy powder added with some Ag and Cu may be used as the low melting point metal powder. Although the refractory metal powder is mainly composed of Ag and Cu, Ag and Cu may be mixed as a single powder or may be mixed as an alloy powder.
本発明の封止用ペーストにおいて、前記低融点金属粉末の融点が300℃未満であり、前記高融点金属粉末の融点が300℃以上であるとよい。 In the sealing paste of the present invention, the low melting point metal powder may have a melting point of less than 300 ° C., and the high melting point metal powder may have a melting point of 300 ° C. or more.
本発明によれば、事前熱処理工程により溶融した低融点金属により蓋体にろう前駆体が固定するので、蓋体に安定した封止枠を容易に形成することができ、しかも粉末を適宜組み合わせることにより、合金組成を容易に変更することができる。 According to the present invention, the brazing precursor is fixed to the lid by the low melting point metal melted in the preliminary heat treatment step, so that a stable sealing frame can be easily formed on the lid, and the powders are appropriately combined. Thus, the alloy composition can be easily changed.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<封止用ペーストの構成>
まず、本発明の封止方法に用いる封止用ペーストの実施形態について説明する。
<Configuration of sealing paste>
First, an embodiment of a sealing paste used in the sealing method of the present invention will be described.
この封止用ペーストは、低融点金属粉末とこの低融点金属粉末より融点が高い高融点金属粉末とを含有しており、これら金属粉末と、有機溶剤や、樹脂などで構成されたバインダーとを混練したものである。 This sealing paste contains a low-melting-point metal powder and a high-melting-point metal powder having a melting point higher than that of the low-melting-point metal powder. The metal powder is combined with a binder composed of an organic solvent, a resin, or the like. Kneaded.
ろう合金としてAg−Cu−Sn系ろう合金を用いる場合は、個々の金属成分であるAg粉末、Cu粉末、Sn粉末の各粉末を、ろう合金として目的とする組成比(例えば72質量%Ag−18質量%Cu−10質量%Sn)となる混合比率で含有したペーストとする。このうち、SnがAg及びCuよりも融点(液相線温度)が低く、Sn粉末が低融点金属粉末にあたる。 When an Ag—Cu—Sn based brazing alloy is used as the brazing alloy, each of the metal powders Ag powder, Cu powder, and Sn powder is mixed with the desired composition ratio (for example, 72 mass% Ag— 18% by mass Cu-10% by mass Sn). Among these, Sn has a lower melting point (liquidus temperature) than Ag and Cu, and Sn powder corresponds to the low melting point metal powder.
これら金属粉末の平均粒径は0.1μm〜30μmが好ましい。0.1μm未満ではペースト化時に均一に混合するのが難しく、低融点金属の場合には、粉末酸化度が大きく、液相焼結時に高融点金属への拡散が進みにくい。一方、平均粒径が30μmを超えると、液相焼結後、ろう前駆体に大きい気孔が多く生じてしまい、バインダーが残留しやすくなる。特に、先に溶融する低融点金属粉末は、高融点金属粉末よりも粒径が小さい方が好ましい。 The average particle size of these metal powders is preferably 0.1 μm to 30 μm. If it is less than 0.1 μm, it is difficult to mix uniformly when forming a paste, and in the case of a low melting point metal, the degree of powder oxidation is large, and diffusion to the high melting point metal is difficult to proceed during liquid phase sintering. On the other hand, when the average particle size exceeds 30 μm, many large pores are generated in the brazing precursor after liquid phase sintering, and the binder tends to remain. In particular, the low melting point metal powder that melts first preferably has a smaller particle size than the high melting point metal powder.
その他、Ag−Cu−Sn系ろう合金以外にも、所望のろう合金組成に応じて、その組成を構成する各金属成分からなる単独金属の粉末を、ろう合金の組成比率で混合してペーストとすればよい。 In addition to the Ag—Cu—Sn based brazing alloy, depending on the desired brazing alloy composition, a single metal powder composed of each metal component constituting the composition is mixed at a composition ratio of the brazing alloy and paste. do it.
また、ろう合金を構成する合金成分のうちの低融点金属、前述の場合はSnを単独の低融点金属粉末としてもよいが、低融点金属を主成分とし、融点が300℃未満となるように、他の合金成分を一部含有する合金からなる金属粉末とすることも可能である。高融点金属粉末においても同様であり、複数の金属の合金からなる金属粉末としてもよい。 Further, the low melting point metal of the alloy components constituting the brazing alloy, in the above case, Sn may be a single low melting point metal powder, but the low melting point metal is the main component so that the melting point is less than 300 ° C. It is also possible to make a metal powder made of an alloy partially containing other alloy components. The same applies to the refractory metal powder, and a metal powder made of an alloy of a plurality of metals may be used.
<封止方法>
以上の封止用ペーストを用いて、パッケージに蓋体を封止する方法の実施形態について説明する。
<Sealing method>
An embodiment of a method for sealing a lid to a package using the above-described sealing paste will be described.
この封止方法は、前述した封止用ペーストを、複数個の蓋体を形成可能な大きさの板材の表面に印刷して塗布するペースト塗布工程と、蓋体に塗布した封止用ペースト中の低融点金属粉末を溶融してろう前駆体を形成する事前熱処理工程と、バインダーを除去するバインダー除去工程と、板材を切断して蓋体に分割する個片化工程と、蓋体を箱体状のパッケージに重ねてろう前駆体の全体を溶融して固化することにより蓋体をパッケージに接合する接合工程(合金化工程)とを有する。必要に応じて、個片化工程の後に、蓋体の表面に金属めっきを施すめっき処理工程を有してもよい。以下、この工程順に説明する。 In this sealing method, the above-mentioned sealing paste is printed on the surface of a plate material having a size capable of forming a plurality of lids and applied, and the sealing paste applied to the lid A pre-heat treatment step for melting a low melting point metal powder to form a brazing precursor, a binder removal step for removing the binder, an individualization step for cutting the plate material and dividing it into a lid, and a lid for the box A joining step (alloying step) for joining the lid to the package by melting and solidifying the entire brazing precursor over the package. As needed, you may have the metal-plating process process which performs metal plating on the surface of a cover body after an individualization process. Hereinafter, it demonstrates in order of this process.
[ペースト塗布工程]
複数の蓋体1を整列して形成し得る大きさの板材2を用意し、その板材2の表面に、前述した封止用ペースト3を、蓋体1の表面のパッケージ5に重ねられる周縁部となる位置に合わせて、枠状に印刷塗布する。ディスペンサなどによる吐出供給でもよい。蓋体1の材料としては、前述したコバール、42アロイ等が用いられ、表面の両面又は片面にNiめっき(金属めっき)が施されている。
[Paste application process]
A
[事前熱処理工程]
蓋体1をパッケージに接合する前に、封止用ペースト3を塗布した板材2(蓋体1)単独で事前熱処理(低温リフロー処理)を施して封止枠を形成する。具体的には、板材2に塗布した封止用ペースト3を、その封止用ペースト3中に含まれる低融点金属粉末の融点以上で高融点金属粉末の融点未満の温度に加熱し、低融点金属粉末を溶融する。この事前熱処理は、低融点金属粉末を溶融すれば足りるので、通常のはんだ材が用いられる炉やオーブンでリフロー(熱処理する)することにより実施可能である。
[Pre-heat treatment process]
Prior to joining the
この低融点金属粉末が溶融すると、この事前熱処理の温度では溶融しない高融点金属粉末の間に低融点金属の液相が行き渡り、冷却により固化すると、その低融点金属の層が高融点金属相互を結合した状態の封止枠が形成される。このとき、低融点金属と高融点金属とが一部合金化する場合もあるが、高融点金属の大部分は元の粉末のまま残存している。この低融点金属により高融点金属粉末が結合された状態をろう前駆体4と称す。
When the low melting point metal powder melts, a liquid phase of the low melting point metal spreads between the high melting point metal powders that do not melt at the temperature of the pre-heat treatment. A combined sealing frame is formed. At this time, the low melting point metal and the high melting point metal may be partly alloyed, but most of the high melting point metal remains as the original powder. The state in which the high melting point metal powder is bound by the low melting point metal is referred to as a
前述したAg−Cu−Sn系ろう合金の場合、高融点金属粉末であるAg粉末及びCu粉末に対して、低融点金属粉末であるSn粉末が溶融し、液体状態になることで高融点金属粉末間に侵入し、液相焼結が進む。これにより、低い熱処理条件で、封止用ペースト3がろう前駆体4(図2参照)として固定された板材2(蓋体1)が形成される。ただし、この時点では、Ag−Cu−Sn系ろう合金にはなっていない。
In the case of the above-described Ag—Cu—Sn brazing alloy, the high melting point metal powder is obtained by melting the Sn powder as the low melting point metal powder into the liquid state with respect to the Ag powder and the Cu powder as the high melting point metal powder. It enters in between and liquid phase sintering proceeds. Thereby, the board | plate material 2 (lid body 1) with which the
このように形成されるろう前駆体4の封止枠は、板材2(蓋体1)の表面に固定された状態であるので、板材2(蓋体1)の取り扱いに際して蓋体1から脱落することはない。
Since the sealing frame of the
[バインダー除去工程]
前述したように、封止用ペースト3にはバインダーが混練されており、このため、事前熱処理工程で残ったバインダー残渣を洗浄液にて除去する。洗浄液としては、荒川化学工業株式会社製パインアルファーシリーズ等を用いることができる。
[Binder removal step]
As described above, the binder is kneaded in the sealing
また、バインダー残渣を洗浄液にて除去処理した後に、必要に応じて、更に熱処理(ベーキング処理)をすることにより、洗浄液で除去し切れなかったバインダー残渣を除去するようにしてもよい。熱処理(ベーキング処理)とは、ろう前駆体4が溶融しない温度で一定時間放置すればよく、例えば、450℃で1時間から2時間放置すればよい。
Further, after removing the binder residue with the cleaning liquid, if necessary, the binder residue that has not been completely removed with the cleaning liquid may be removed by further heat treatment (baking process). The heat treatment (baking treatment) may be allowed to stand for a certain period of time at a temperature at which the
[個片化工程]
次に、ろう前駆体4からなる封止枠を形成した板材2を切断して、各蓋体1に個片化する。
[Individualization process]
Next, the
[めっき処理工程]
前述したように、板材2の表面にメタライズとしてNiめっきを形成したが、ろう前駆体4からなる封止枠を形成した板材2を切断して、各蓋体1に個片化した後、その全体にNiめっき処理をしても良い。これにより、蓋体1の切断面(側壁)にもNiめっきが施され、封止後に蓋体1の側壁に腐食や錆などが進行するのを防止することができる。Niめっきについては無電解めっき、電解めっきでもよく、膜厚として数μmで良い。また、Niめっき以外にも、他の金属めっきとしてもよい。
[Plating process]
As described above, Ni plating was formed on the surface of the
[接合工程(合金化工程)]
個片化された蓋体1をパッケージ5に重ねて、抵抗溶接することによりろう前駆体4を溶融し、冷却固化して蓋体1をパッケージ5に接合する。パッケージ5は、セラミックス等からなり、蓋体1との接合面に導電金属層として、例えば金めっき層が形成される。
[Jointing process (alloying process)]
The separated
抵抗溶接としてシーム溶接が施される。このシーム溶接では、図2に示すように、パッケージ5にろう前駆体4を接触させるようにして蓋体1を重ね、その蓋体1の上からローラ電極11を当接し、所定の圧力を付加した状態で電流を流しながら、蓋体1の周縁部に沿って移動する。その電流値に対応するジュール熱によって局所的にろう前駆体4を溶融させるのであり、電流値を適切に設定することにより、瞬時にろう前駆体4の融点以上の温度に加熱してこれを溶融させることができる。
Seam welding is performed as resistance welding. In this seam welding, as shown in FIG. 2, the
この高融点金属粉末の溶融により、低融点金属も含めてろう前駆体4の全体が溶融状態となり、含有されていた各金属による合金が形成され、封止が終了する。封止用ペースト3には、Ag、Cu、Snが所定量ずつ混合されていたので、Ag−Cu−Sn系ろう合金となって蓋体1とパッケージ5とを接合することができる。つまり、この接合工程は、ろう前駆体4の合金化工程でもある。
Due to the melting of the high melting point metal powder, the
このようにして蓋体1とパッケージ5とを接合して封止する方法においては、蓋体1にろう前駆体4からなる封止枠を事前に形成するので、その蓋体1の取り扱い時に封止枠が蓋体1から脱落することがなく、取り扱いが容易である。このろう前駆体4の形成作業は低温での熱処理によって行うことができ、作業性がよい。
In the method of bonding and sealing the
そして、蓋体1をパッケージ5に接合する際に、ろう前駆体4が所望のろう合金となって封止することができ、効率的である。
When the
前述の実施形態ではAg−Cu−Sn系ろう合金を例示したが、他のろう合金であっても、そのろう合金を構成する各金属成分を金属粉末として含有するペーストとすることにより、容易に本発明を適用することができる。例えば、融点が300℃以上の高融点金属粉末として、Ag粉(0〜80質量%)、Cu粉(0〜40質量%)、Ni粉(0〜99質量%)、Zn粉(0〜35質量%)、Cd粉(0〜35質量%)、Mn(マンガン)粉(0〜35質量%)が挙げられ、一方、融点が300℃未満(液相線が300℃未満)の低融点金属粉末として、Sn粉(0〜35質量%)、In(インジウム)粉(0〜35質量%)、Bi(ビスマス)粉(0〜35質量%)、はんだ粉(0〜35質量%)が挙げられ、これら高融点金属と低融点金属とを括弧内の数値範囲で適宜混合してろう合金とすればよい。 In the above-described embodiment, the Ag—Cu—Sn based brazing alloy has been exemplified. However, even if other brazing alloy is used, it is easy to use a paste containing each metal component constituting the brazing alloy as a metal powder. The present invention can be applied. For example, as a high melting point metal powder having a melting point of 300 ° C. or higher, Ag powder (0 to 80% by mass), Cu powder (0 to 40% by mass), Ni powder (0 to 99% by mass), Zn powder (0 to 35%) Mass%), Cd powder (0 to 35 mass%), Mn (manganese) powder (0 to 35 mass%), and low melting point metal having a melting point of less than 300 ° C. (liquidus is less than 300 ° C.). Examples of the powder include Sn powder (0 to 35 mass%), In (indium) powder (0 to 35 mass%), Bi (bismuth) powder (0 to 35 mass%), and solder powder (0 to 35 mass%). The high melting point metal and the low melting point metal may be appropriately mixed within the numerical range in parentheses to obtain a brazing alloy.
なお、蓋体1をパッケージ5に接合する際にろう前駆体4を合金化した(接合工程が合金化工程を兼ねるようにした)が、その接合前にろう前駆体4を合金化しておいてもよい(接合工程とは別に、接合工程の前に合金化工程を設けてもよい)。
Note that the
また、ろう前駆体4を合金化する場合、実施形態のように抵抗溶接による方法以外にも、高温の炉内で加熱することも可能であるが、抵抗溶接による方法の場合、局部的に瞬時に高温にできるので、緩み等が生じることがなく、高い寸法精度で封止することができる。
In addition, when alloying the
また、複数の蓋体1を形成し得る大きさの板材2に封止用ペースト3を塗布して事前熱処理を施したが、個々に分割された蓋体1に封止用ペースト3を塗布して事前熱処理を施してもよい。
In addition, the sealing
実施例1から3、比較例1および2について、実験に用いたサンプルは各100個であり、パッケージは、サイズが3.2mm×2.5mm、厚み0.5mmのセラミック(アルミナ製)のものを用い、メタライズとして、5μmのNiめっき層の上に0.5μmのAuめっき層を形成した。蓋体は、サイズが3.1mm×2.4mm、厚み0.1mmのコバール製のものを用い、メタライズとして、5μmのNiめっき層の上に0.1μmのAuめっき層を形成した。 For Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the number of samples used in the experiment was 100, and the package was a ceramic (made of alumina) having a size of 3.2 mm × 2.5 mm and a thickness of 0.5 mm. As a metallization, a 0.5 μm Au plating layer was formed on a 5 μm Ni plating layer. The lid used was made of Kovar having a size of 3.1 mm × 2.4 mm and a thickness of 0.1 mm, and a 0.1 μm Au plating layer was formed on the 5 μm Ni plating layer as metallization.
実施例4、比較例3について、蓋体のメタライズとして、5μmのNiめっき層のみを形成し、Auめっき層を形成しなかった。それ以外は、実施例1から3、比較例1および2と同様とした。実施例4、比較例3のサンプル数も各100個とした。 For Example 4 and Comparative Example 3, as the metallization of the lid, only a 5 μm Ni plating layer was formed, and no Au plating layer was formed. Other than that was the same as Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. The number of samples in Example 4 and Comparative Example 3 was also 100 each.
いずれも、表1に示す平均粒径、混合粉比率の粉末と、バインダーとを混合して封止用ペーストを作製した。このとき、ペースト粘度は250Pa・s±30Pa・sになるようにバインダー比率を調整した。表1中のSAC305は、Sn−3質量%Ag−0.5質量%Cuの合金である。 In any case, a sealing paste was prepared by mixing a powder having an average particle diameter and a mixed powder ratio shown in Table 1 and a binder. At this time, the binder ratio was adjusted so that the paste viscosity would be 250 Pa · s ± 30 Pa · s. SAC305 in Table 1 is an alloy of Sn-3 mass% Ag-0.5 mass% Cu.
この封止用ペーストを蓋体に塗布した後、最高温度240℃の事前熱処理を施し、バインダー除去のために洗浄して封止枠を形成した。その後、封止枠の状態を実体顕微鏡を用いて観察した。洗浄後も正確に封止枠が形成されているものは問題なく、封止枠がなくなっている、欠けているなどが観察された封止枠は不良と見なした。これを不良率として不良率2%未満であれば合格とし、2%以上の場合は不合格とした。 After this sealing paste was applied to the lid, a pre-heat treatment at a maximum temperature of 240 ° C. was performed and washed to remove the binder to form a sealing frame. Thereafter, the state of the sealing frame was observed using a stereomicroscope. There was no problem in that the sealing frame was accurately formed even after cleaning, and the sealing frame in which the sealing frame was observed to be missing or chipped was regarded as defective. When this was regarded as a defect rate, the defect rate was less than 2%, and when it was 2% or more, the sample was rejected.
次に、蓋体をパッケージに重ねてシーム溶接を施し、気密封止を行った。その後、気密試験にて内部に高圧をかけ、リークが生じたものを不良とし、不良率により封止性を評価した。不良率が2%未満であれば合格とし、2%以上のものは不合格とした。 Next, the lid was overlapped on the package and seam welded to perform hermetic sealing. Thereafter, a high pressure was applied to the inside in an airtight test, and a leaked product was determined to be defective, and the sealing performance was evaluated based on the defective rate. If the defective rate was less than 2%, it was accepted, and those with 2% or more were rejected.
これらの結果を表1に示す。 These results are shown in Table 1.
表1から明らかなように、単独金属粉末のSn粉(融点232℃)を低融点金属粉末として有する実施例1及び実施例4、単独金属粉末のIn粉(融点156℃)を低融点金属粉末として有する実施例2、及びSnを主成分とする合金粉(SAC305:融点220℃)を低融点金属粉末として有する実施例3は、いずれも封止枠の状態、パッケージへの封止性ともに良好であり、本発明のペーストを用いて封止することにより、封止枠が蓋体に安定して固定され、パッケージへの封止性も高いことがわかる。 As is apparent from Table 1, Examples 1 and 4 having a single metal powder Sn powder (melting point 232 ° C.) as a low melting metal powder, and a single metal powder In powder (melting point 156 ° C.) as a low melting metal powder. As for Example 2 which has as an example, and Example 3 which has alloy powder (SAC305: melting point 220 degreeC) which has Sn as a main component as a low melting metal powder, all have the favorable state of a sealing frame, and the sealing property to a package Thus, it can be seen that by sealing using the paste of the present invention, the sealing frame is stably fixed to the lid and the sealing performance to the package is high.
1 蓋体
2 板材
3 封止用ペースト
4 ろう前駆体
5 パッケージ
11 ローラー電極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
9. The sealing paste according to claim 8, wherein the low melting point metal powder has a melting point of less than 300 ° C., and the high melting point metal powder has a melting point of 300 ° C. or more.
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